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締切済み

電圧測定で分圧時に使う抵抗・オペアンプについて

2018/08/23 18:09

現在,下図のような回路を作り,電圧(と電流)を測定することでモーターでの消費電力を計測しています.
分圧抵抗では電源電圧(48V程度)を1/10にして,5V以下の電圧をArduinoなどで計測するものです.

最近になって分圧回路について調べ,「分圧時にはオペアンプをボルテージフォロアとして入れると高精度になる」という知識を得たのですが,そこで疑問が出てきたので質問させてもらいます.

・この回路ではオペアンプを入れても意味がないのではないか?
調べた限り,分圧して出てきた電圧を電源として使用する…といった回路の時に,定電圧を得るのにオペアンプが役立つという書き方をしていました.
分圧して電圧を測定するだけならば「理想的な電圧計に電流は流れない」はずですから,電源用途の分圧回路とは異なりオペアンプは不要ということになるのでしょうか.

・そもそもこの回路は完璧か?
本回路の場合,モータへの負荷電流の変化などが測定結果に悪影響を及ぼすことはあるのでしょうか.またその場合,どのように対策すべきでしょうか.
また,1/10に分圧するためR1とR2の比率は9:1ですが,その値はどのように決定するべきなのでしょうか.

よろしくお願いします.

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回答 (3件中 1~3件目)

2018/08/23 21:48
回答No.3

ADCの前段にオペアンプが要るか要らないか?で言えば
有った方が良い < コスパの問題

水温や気温計測とかで比較的遅い信号なら少々ノイズが乗ったとしても平均しちゃえばそれで済む
つまり、余分な回路は無くても構わない
でも、モータ駆動電流とか高速信号を要求される場合は平均時間や個数を多く取れない

問題なのはADCの入力インピーダンスは必ずしも大きいとは限らないと言う事

AVR(Arduino)にLM35温度センサをつなげた場合に正しくA/D変換出来ないトラブル
http://siesta.la.coocan.jp/zk/AVR_ADC/AVR_ADC.html
複雑なA/Dコンバータの回路構成を極める
http://ednjapan.com/edn/articles/1206/08/news113.html
図3に示すように、A-Dコンバータのアナログ・フロントエンドには、プリアンプが配置されます。
https://www.yokogawa.com/jp-ymi/tm/TI/keimame/ad1/ad1_3.htm


オマケ
めざせ高効率! モーター駆動入門講座
http://ednjapan.com/edn/articles/1504/28/news009.html

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2018/08/23 20:50
回答No.2

>1/10に分圧するためR1とR2の比率は9:1ですが,その値はどのように決定するべきなのでしょうか
1) 抵抗値が高いほど、分圧器で消費する電力が小さくなるので、理想的な測定条件に近づきます。なぜならば、測定の理想は、測定対象から吸収するパワーがゼロであることですから。

2) Arduinoの入力抵抗が100MΩであっても、無限大ではありません。分圧回路の抵抗値が高いほど、分圧比が計算値からズレるので、測定精度の劣化につながります。また、抵抗値が高いほど、静電誘導によって Arduinoに加わる雑音が増え、これも測定精度を劣化させます。

3) 上記1),2)のトレードオフを勘案して、抵抗値を決定します。経験値としては、R1+R2の全抵抗として、100kΩ~10MΩ程度の範囲で選択すればよさそうです。回路の静電シールドが不十分な状況であれば、抵抗値は低めの方が無難です。

4) 市販の抵抗器の抵抗値は、E24系列のものが一般的で、900kΩ+100kΩの分圧回路を作りたくても、900kΩ丁度のものを入手することが難しいと思います。分圧比が10:1から1%ほどずれますが、E24系列の910kΩを使えば簡単です。複数の抵抗器を組み合わせて、所望の分圧比に近づけることもできますが、ソフトウェア上で分圧比を修正すればいい問題なので、悩む必要は無いと思います。

5) 次のステップは、応答特性です。電圧、電流の早い変化を捉えるためには、上記以外にも考慮した方がよい事項がいろいろとあります。もし興味があれば、新たな質問としてスレッドを立ててください。

2018/08/23 19:39
回答No.1

ArduinoのATmega328PのA/D入力インピーダンスは100MΩあるので 通常はA/D変換器の精度に選べて考えなくていい値ですよ。
分圧前の電圧が48Vあるので0~5Vになるように分圧してArduinoのAD端子に入れるだけでいいはずです。ボルテージフォロワはいりません。
逆にArdinoを壊さないためにある程度直列抵抗を入れた方がいいと思います。(理想的には絶縁)
完璧かと言われるとツッコミどころありますが、まずは止まっているより実践したほうが早いですよ。

お礼をおくりました

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